3D-Druck: Esa will Mondbeton mit Urin anreichern

Harnstoff sorgt dafür, dass 3D-Drucker das Material besser verarbeiten können, aus dem Habitate auf dem Mond aufgebaut werden sollen.

Artikel veröffentlicht am 8. Mai 2020, 16:34 Uhr, Werner Pluta

Künstlerische Darstellung einer künftig Mondbasis: Nutzung von vor Ort verfügbaren Ressourcen (Bild: Foster + Partners/Esa)

Was auf der Erde höchst ungehörig ist - an die Wand zu pinkeln -, könnte sich in Zukunft auf dem Mond als durchaus notwendig erweisen: Forscher haben herausgefunden, dass sich Mondbeton, der mit Harnstoff versetzt wird, besser verarbeiten lässt.

Die Europäische Raumfahrtagentur (European Space Agency, Esa) hat schon vor einigen Jahren ein Konzept für eine künftige Mondbasis vorgestellt. Die Außenwände der Mondhabitate sollen mithilfe von 3D-Druckern aus einem Geopolymer erbaut werden.

Dieses betonähnliche Baumaterial besteht hauptsächlich aus Regolith, also Mondstaub, und Wasser. Die Forscher haben Harnstoff beigemengt und so die Eigenschaften des Baumaterials verbessert: Es ließ sich besser verarbeiten und benötigte dabei weniger Wasser, eine wertvolle Ressource auf dem Mond, als ohne Harnstoff.

Harnstoff bricht Wasserstoffbrückenbindungen auf und und verringert so den Flüssigkeitsgrad des Geopolymers. Das Material ist geschmeidig und kann leicht geformt werden. Dabei ist es trotzdem stark und behält seine Form bei, auch wenn es mit Gewichten bis zum Zehnfachen des Eigengewichts beschwert wird. Schließlich enthält der Harnstoff Kalzium, was den Aushärtungsprozess unterstützt.

Harnstoff lässt sich leicht aus Urin gewinnen. Er macht nach Wasser den wichtigsten Bestandteil des Urins aus. Davon produziert ein Mensch im Schnitt 1,5 Liter am Tag. Harnstoff ist damit ausreichend verfügbar. Die Esa setzt bei der bemannten Raumfahrt auf ein Konzept mit der Bezeichnung In-Situ Resource Utilisation (ISRU), also der Nutzung von Ressourcen, die vor Ort verfügbar sind.

"Harnstoff ist billig und leicht verfügbar, hilft aber auch bei der Herstellung von starkem Baumaterial für eine Mondbasis", sagte Projektleiterin Marlies Arnhof. "Wir hoffen, dass der Urin von Astronauten im Wesentlichen so, wie er ist, auf einer zukünftigen Mondbasis verwendet werden könnte, mit geringfügigen Änderungen des Wassergehalts." Das sei praktisch und mache es unnötig, die ohnehin schon komplizierten Wasseraufbereitungssysteme noch komplizierter zu gestalten.

Die Forscher testeten das Geopolymer, so gut es ging, auch unter Weltraumbedingungen, also im Vakuum sowie unter stark schwankenden Temperaturen. Das Material hielt Schwankungen zwischen 114 Grad Celsius und minus 80 Grad Celsius aus. Die Forscher sind optimistisch, dass es auch tiefere Temperaturen aushält. In den Mondnächten wird es bis minus 171 Grad Celsius kalt.

Das Projekt ist eine Kooperation des European Space Research and Technology Centre der Esa in den Niederlanden mit Universitäten in Italien, Norwegen und Spanien. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Journal of Cleaner Production erschienen.